JPS61168957A - Bidirectional communication equipment and manufacture thereof - Google Patents

Bidirectional communication equipment and manufacture thereof

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JPS61168957A
JPS61168957A JP61000477A JP47786A JPS61168957A JP S61168957 A JPS61168957 A JP S61168957A JP 61000477 A JP61000477 A JP 61000477A JP 47786 A JP47786 A JP 47786A JP S61168957 A JPS61168957 A JP S61168957A
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laser diode
waveguide
optical waveguide
substrate
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JP61000477A
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マンフレート、プリハール
ハインリツヒ、シユレツテラー
ライナー、トロンマー
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Abstract

An integrated structure for bi-directional optical fiber transmission has a laser diode, a photodetector, and a bi-directional optical waveguide integrated on a common substrate, the waveguide guiding radiation from the laser diode out of the structure and directing incoming radiation of a different wavelength through the structure to the photodetector. The structure also includes a passive optical component cooperating with the strip waveguide for substantially isolating the radiation propagated in one direction in the waveguide from the laser diode, and substantially isolating the radiation propagated in the opposite direction in the waveguide from the photodetector. A method for manufacturing this structure includes essentially growing two epitaxial multi-layer structures spaced from each other and covering selected portions of the substrate constituting the laser diode and the photodetector, with the strip waveguide extending therebetween.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 :の発明は、少くとも一つのレーザー・ダイオード、少
くとも一つの光検出素子および少くとも一つの受動的光
デバイス特に波長選択デバイスで構成される二方向光通
信装置とその製造方法(−関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application]: The invention consists of at least one laser diode, at least one photodetector element and at least one passive optical device, especially a wavelength selective device. This article relates to a two-way optical communication device and its manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えばガラス・ファイバを通して二つの伝送方向に波長
λ、の光と波長λ諺の光が送られる二方向光通信に均し
ては区間の両端番;それぞれ一つの送信要素と受信要素
ならび2:波長選択デバイスの形の受動光デバイスが必
要である。この種の装置は現在もなおハイブリッド形に
作られ1時間がかかり高価になるから単独加入者用とし
ては高価に過ぎる。
For example, in a two-way optical communication, in which light of wavelength λ and light of wavelength λ are sent in two transmission directions through a glass fiber, each end of the section has one transmitting element and one receiving element, and two wavelengths. A passive optical device in the form of a selection device is required. This type of equipment is still made in hybrid form and takes an hour and is expensive, making it too expensive for single subscriber use.

この場合大きさ、安定性、製造コスト等が価格を左右す
る。
In this case, size, stability, manufacturing cost, etc. affect the price.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この発明の目的は、この種の装置を改良して低コストで
安定に多量生産できるようにすることである。
The purpose of this invention is to improve this type of device so that it can be produced stably in large quantities at low cost.

〔問題点の解決手段〕[Means for solving problems]

、この目的は特許請求の範囲第1XJB:特徴として℃ 挙げた構成とすることg二よって達成される。 , this object is claimed in claim 1 The configuration mentioned above is achieved by g2.

〔発明の作用効果〕[Function and effect of the invention]

後からは簡単だと見られるこの発明の提案に到達するた
めには次の問題を解決する必要があった。
In order to arrive at the proposal of this invention, which appears to be simple in hindsight, it was necessary to solve the following problem.

すなわちこの発明の対象となっている装置時に二方向光
通信に使用されるマルテプレクス・デマルチプレクス・
モジュールを集積構造とするため区;はレーザー・ダイ
オード、光検出素子例えばフォトダイオード、受動光導
波路および受動光デバイス例えば波長選択デバイスを少
くともそれぞれ一つづつ一つの基板上に作らなければな
らないが、これらのデバイスは互に著しく異った積層構
成と各層特性を要求することから大きな問題を提起する
In other words, the device which is the object of this invention is a multiplexer, a demultiplexer, and a multiplexer used for two-way optical communication.
In order for the module to have an integrated structure, at least one laser diode, a photodetector element such as a photodiode, a passive optical waveguide, and a passive optical device such as a wavelength selection device must be fabricated on one substrate. These devices pose significant problems because they require significantly different stack configurations and characteristics of each layer.

DPBレーザー・ダイオードをストライブ導波路と集積
する方法は既に提案されている(ドイツ連邦共和国特許
出願公開第3436306号公報)が、この場合In0
aAsPJiii即ちQ層を使用することが主要条件で
ある。フォトダイオードに対してはIn0aA、s の
3成分層が第一に考えられる。
A method of integrating a DPB laser diode with a striped waveguide has already been proposed (German Patent Application No. 34 36 306), but in this case In0
The main condition is to use the aAsPJiii or Q layer. For the photodiode, a three-component layer of In0aA,s is primarily considered.

4成分層で構成された重積層と3成分層で構成された重
積層は層の配列も異り互5二調整されていないから、こ
のような素子を共通基板上で結合することには困難な問
題がある。
The stacked layers made of four component layers and the stacked layers made of three component layers have different layer arrangements and are not aligned with each other, making it difficult to combine such devices on a common substrate. There is a problem.

この発明はできるだけ多数の層が種々のデバイスζ二共
通に使用されると同時に必要としない層を局所的ならび
に選択的に除去することが可能であるようじした唯2回
のエピタキシィ過程によりエビタキVヤル層列を成長さ
せることができるという新しい知識に基くものである。
The present invention provides an epitaxy process with only two epitaxy steps so that as many layers as possible are commonly used in various devices and at the same time it is possible to locally and selectively remove unnecessary layers. It is based on the new knowledge that layers can be grown.

その外に両重積層系の見かけ上の不一致にも拘らず多く
の工程段を総てのデバイス(:対して共通に実施するこ
とができ、それによって工程段数を減らすことが可能で
あるという知識も利用されている。
Additionally, the knowledge that despite the apparent discrepancies in double stack systems, many process steps can be performed in common for all devices, thereby reducing the number of process steps. is also used.

この発明の有利な実施態様では特許請求の範囲第2項に
記載されているようC,レーザー・ダイオードから波長
選択格子を経由して光検出素子に導くストライプ形又は
成層形導波路が設けられる。この構成は集積マルチプレ
クス・デマルチプレクス・モジュールに対して有利であ
る。
In an advantageous embodiment of the invention, a striped or layered waveguide is provided leading from the laser diode via a wavelength-selective grating to the photodetector element, as defined in claim 2. This configuration is advantageous for integrated multiplex-demultiplex modules.

特許請求の範囲第3項に従いレーザー・ダイオードとし
てストライプ形又は成層形の光導波路ミニ結合されたD
FBレーザー・ダイオードを使用することも有利である
。ストライプ導波路に結合されたレーザー・ダイオード
の製作には単に一つの補助層を追加するだけで充分であ
るが、これについては後で詳細に説明する。
Striped or layered optical waveguide mini-coupled D as a laser diode according to claim 3
It is also advantageous to use an FB laser diode. For the fabrication of a laser diode coupled to a striped waveguide, it is sufficient to add just one auxiliary layer, which will be explained in more detail later.

この発明による装置の特別な長所は僅か2回のエピタキ
シィ過程によって製作することができることである。そ
のためには特許請求の範囲第4項6:記載したようにレ
ーザー・ダイオードとストライプ形又は成層形光導波路
と光検出素子を基板の一方の面に設け、光検出素子は偏
向要素を通しであるいは端面結合によって光導波路に結
合するだけでよい。
A particular advantage of the device according to the invention is that it can be produced in only two epitaxy steps. For this purpose, a laser diode, a striped or layered optical waveguide, and a photodetection element are provided on one side of a substrate as described in claim 4, and the photodetection element is provided through a deflection element or It is only necessary to couple it to the optical waveguide by end-coupling.

この偏向要素は受動光デバイスの一種であってストライ
プ形又は成鳩形導波路の構造化によって実現される。光
導波路と光検出素子の端面結合は文献[アイ・イー・イ
ー・イー ジャーナルオプ クワンタム エレクトロニ
クスJ (IEEE Journof Quant、E
lectr2) QE−13C4]、 1977年4月
p、220−223C記載されている公知の方法で実現
可能である。しかしこの方法で必要とされているエピタ
キシャル被覆層のギャップはこの発明の装置tに対して
は不必要であって端面結合の形成は著しく簡単化される
This deflection element is a type of passive optical device and is realized by structuring a striped or pigeon-shaped waveguide. The end face coupling between the optical waveguide and the photodetector is described in the literature [IEEE Journal of Quant, E
lectr2) QE-13C4], April 1977, p. 220-223C. However, the gaps in the epitaxial covering layer required in this method are unnecessary for the device t of the invention, and the formation of the end-face bond is greatly simplified.

別の実施例では特許請求の範囲第5項に従いレーザー・
ダイオードと光導波路が基板の一方の面?−1光検出素
子がその反対側の面に設けられ、光検出素子は偏向素子
によって光導波路に結合され、光導波路内を導かれる光
が光導波路から基板を経由して光検出素子に向うように
偏向される。この実施態様では偏向素子が光導波路の構
造化によって実現するものであるから、二つ以上のエピ
タキシャル成長層を必要とするにも拘わらずレーザー・
ダイオードとそれに結合さnた光導波路の製造工程と光
検出素子の製造工程とが互にはとんど無闇、係に実施さ
れるという長所がある。この場合基板は光導波路中を進
む光に対して透明でなければならない。
In another embodiment, the laser
Are the diode and optical waveguide on one side of the board? -1 A photodetection element is provided on the opposite surface, and the photodetection element is coupled to the optical waveguide by a deflection element so that the light guided within the optical waveguide is directed from the optical waveguide to the photodetection element via the substrate. be deflected. In this embodiment, since the deflection element is realized by structuring the optical waveguide, the laser
There is an advantage that the manufacturing process of the diode and the optical waveguide coupled thereto, and the manufacturing process of the photodetector element are almost always carried out in tandem with each other. In this case, the substrate must be transparent to the light traveling in the optical waveguide.

ばならない。Must be.

特許請求の範囲第6項に従い偏向素子として光導波路の
表面又はその内部に形成された偏向格子又は導波路内に
元の伝搬方向に対して斜めに置かれた反射面又はその双
方を使用するのも有利である。
According to claim 6, a deflection grating formed on or inside an optical waveguide, a reflecting surface placed obliquely with respect to the original propagation direction in the waveguide, or both are used as the deflection element. is also advantageous.

る。Ru.

レーザー・ダイオードとストライプ形又は成層形の光導
波路との間の結合は公知の端面結合の外に表面結合又は
洩れ波結合によることができる。
In addition to the known end-face coupling, the coupling between the laser diode and the strip-shaped or layered optical waveguide can also be by surface coupling or leakage coupling.

この発明の一つの有利な実施態様では特許請求の範囲第
7項鑑二従い、レーザー・ダイオードが表面結合署−よ
って光導波路に結合され、レーザー・ダイオードの少く
とも一つの端面(:はレーザー光の伝搬方向に対して斜
めに置かれた反射面が設けられる。この反射面によりレ
ーザー・ダイオードと光導波路の間の結合が著しく改善
される。この反射面はエツチングによって作られた傾斜
側面として簡単に実現させることができる。
In one advantageous embodiment of the invention, according to claim 7, the laser diode is coupled to the optical waveguide by means of a surface-coupled signal, and at least one end face of the laser diode (: represents the laser beam). A reflective surface is provided which is placed obliquely to the direction of propagation of the laser diode.This reflective surface significantly improves the coupling between the laser diode and the optical waveguide.This reflective surface can be simply etched as an inclined side surface. can be realized.

この発明による装置では特許請求の範囲第8項1:従い
光検出素子としてフォトダイオード又はフォトトランジ
スタを使用するのが有利である。
In the device according to the invention, it is therefore advantageous to use a photodiode or a phototransistor as the photodetector element.

有利なマルチプレクス・デマルチプレクス・モジュール
の実施態様は特許請求の範囲第9項乃至第11項に本さ
れている。
Advantageous embodiments of the multiplex-demultiplex module are disclosed in patent claims 9 to 11.

前に連へたように特許請求の範囲第4項による実施態様
の長所はそれが僅か2回のエビタキンイ過程により簡単
に製作できることである。この実施態様を実施する方法
の一つは特許請求の範囲第12項に示されているが、そ
の重要な工程段はレーザー活性層とその下C装置かれる
光導波路構成層から成る層堆積を基板上に作る第一エピ
タキシィ過程と、この層堆積をレーザー・ダイオード予
定区域の外側でその下にある層に達するまで除去する段
階と、これによって露出した表面に少くとも三つの別の
層を成長させる第二エピタキシィ過程である。この場合
光導波路となる層の屈折率はその下に続く媒体の屈折率
より大きくレーデ−活性層の屈折率よりは小さく選ばれ
、第二エピタキシィ過程で成長する3層中の最下層はそ
の下の層よりも小さい屈折率を示し、最上層はその下に
続く4+二対して逆型にドープされた領域を含むかある
いはこれを上C2乗せている。
As previously mentioned, the advantage of the embodiment according to claim 4 is that it can be easily produced with only two embedding steps. One method of carrying out this embodiment is set out in claim 12, the key process steps being the deposition of a layer on a substrate consisting of a laser active layer and an optical waveguide constituent layer which is applied to the C device below. a first epitaxy step on which the layer deposit is removed until it reaches the underlying layer outside the intended area of the laser diode, thereby growing at least three further layers on the exposed surface; This is the second epitaxy process. In this case, the refractive index of the layer forming the optical waveguide is selected to be greater than the refractive index of the medium that follows it and smaller than that of the Radey active layer, and the lowest of the three layers grown in the second epitaxy process is The top layer contains or is superimposed on a region doped in the opposite manner to the 4+2 layer below.

この方法は、第二エピタキシィ過程においては一つ又は
それ以上の補助層だけが形成され特定のドーピングを受
けるという点だけで公知の方法と異っている。3層中の
最上層は光検出素子形成用であって無ドーピングのもの
でよく、後から特許請求の範囲第13項に従い拡散によ
ってドープされる。
This method differs from known methods only in that in the second epitaxy step only one or more auxiliary layers are formed and receive a specific doping. The uppermost layer of the three layers is for forming a photodetection element and may be undoped, and is doped later by diffusion according to claim 13.

しかし3層構造の代りに特許請求の範囲第13項に記載
したよう≦ニニ重層を使用し、その一方の層は無ドーピ
ングとし他方は適当にドーブすることも可能である。こ
の二重層は第二エビタキンイ過程で作ることができる。
However, instead of the three-layer structure, it is also possible to use ≦multilayers as described in claim 13, one of which is undoped and the other appropriately doped. This double layer can be created in the second Eitakini process.

この場合拡散は必要でなくなる。In this case diffusion is no longer necessary.

光導波路の外に別の受動光デバイスを光導波路層の構造
化によって作る場合には、特許請求の範囲第15項に従
い第二エピタキシィを開始する前に第一エビタキンイに
よって形成された膚堆積を部分的に除去した後残りの部
分を構造化して受動光デバイスを形成させる。
If another passive optical device is to be created outside the optical waveguide by structuring the optical waveguide layer, the skin deposit formed by the first epitaxy is partially removed before starting the second epitaxy according to claim 15. After selective removal, the remaining portion is structured to form a passive optical device.

この発明6;よる方法において光検出素子の製作は特許
請求の範囲第16項に従い、第二エピタキシィにおいて
設けられた三層構造の最上層を場合≦:よってその上1
;置かれている層と共に元検出素子に予定されている区
域の外で除去する。
In the method according to this invention 6, the photodetecting element is manufactured according to claim 16, when the uppermost layer of the three-layer structure provided in the second epitaxy is
; removing outside the area intended for the original detection element together with the deposited layers;

この発明による装置の一例は前述の集積マルテプレタス
・デマルチプレクス・モジュールである。
An example of a device according to the invention is the integrated multipletas demultiplexing module described above.

別の例は集積ヘテロゲイン又はホモダイン受信機であり
、ここでもレーザー・ダイオードとフォトダイオードが
他の光デバイスと共に集積されて光通信−二値用される
Another example is an integrated heterogain or homodyne receiver, where a laser diode and a photodiode are also integrated with other optical devices for optical communication-binary use.

〔実施例〕〔Example〕

DFBレーザー・ダイオードとフォトダイオードを含む
集積マルチプレクス・デマルチプレクス・モジュールを
例にとり図面を参照してこの発明を更ζ:詳細に説明す
る。
The invention will now be described in detail by taking an example of an integrated multiplex-demultiplex module containing a DFB laser diode and a photodiode with reference to the drawings.

第1図に示したマルtプレクス・デマルチプレクス拳モ
ジュールでは、DFBレーザー・ダイオードlとそれに
結合されたストライプ形又は成層形の光導波路12が基
板1oの表面に設けられた層11乃至1に=よって構成
されている。3は波長選択格子、4は偏向格子であり、
いずれも光導波路層lz内に作られている。
In the multiplex/demultiplex module shown in FIG. 1, a DFB laser diode l and a striped or layered optical waveguide 12 coupled thereto are connected to layers 11 to 1 provided on the surface of a substrate 1o. = Therefore, it is configured. 3 is a wavelength selection grating, 4 is a polarization grating,
Both are made within the optical waveguide layer lz.

基板IOは例えば1017S10′′程度の高密度のN
 型置ニドープされたInPから成り、層11はこれと
同じ材料から成り厚さ0.5μ風である。
The substrate IO is made of high density N such as 1017S10''.
It is made of in-place doped InP, and layer 11 is made of the same material and has a thickness of 0.5 microns.

層12は4成分材料例えばInGhAsP  又はIn
GaAlAsから成るQ層であるが、第1図の実施例で
はInGhAsP層が使われている。
Layer 12 is made of a quaternary material such as InGhAsP or In
Although the Q layer is made of GaAlAs, an InGhAsP layer is used in the embodiment shown in FIG.

層12は最高密度10I?のN型ドーピングを施され、
厚さは0.3乃至0,5μ賜であり、はぼ螢光波長1.
3μmに対応するエネルギー・ギャップな示す。
Is layer 12 the highest density 10I? N-type doping of
The thickness is 0.3 to 0.5 μm, and the fluorescent wavelength is 1.5 μm.
The energy gap corresponding to 3 μm is shown.

層12の上に股けられたエッチストップ層は例えばIn
Pから成り、その厚さは例えば0.1μ鶏で密度101
7のNWドーピングを受ける。
The etch stop layer overlying layer 12 may be made of, for example, In.
It is made of P, and its thickness is, for example, 0.1μ, with a density of 101
7 NW doping.

レーザー活性層13はドープされていない真性伝導9層
であり1例えばO52μ論の厚さと155μ亀の螢光波
長に対応するエネルギー・ギャップを持つ。
The laser active layer 13 is an undoped, intrinsically conductive layer with a thickness of, for example, O52μ and an energy gap corresponding to the fluorescence wavelength of 155μ.

DFBレーデ−・ダイオードの格子51が形成されてい
る層14はP型CニドープされたQllであり、例えば
0.3μ隅の厚さと1.3μ隅の螢光技長に対窓するエ
ネルギー・ギャップを持つ。層15はInPから成り、
例えば密度1g+?のP型ドーピングを受け1乃至1.
5μ鶏の厚さである。層16は例えば密度10’″のP
+型CニドープされたQ層であり、例えば0.2μ島の
厚さと12μ賜の螢光波長に対応するエネルギー・ギャ
ップを持つ。層15と16はP型にドープする代りに例
えば密度1017のN型1ニドープしてもよい。
The layer 14 in which the grating 51 of the DFB radar diode is formed is a P-type C-doped Qll, with an energy gap facing, for example, a 0.3μ corner thickness and a 1.3μ corner fluorescent technology. have. Layer 15 is made of InP;
For example, density 1g+? P-type doping of 1 to 1.
The thickness is 5μ chicken. The layer 16 is made of P with a density of 10''', for example.
It is a +-type C-doped Q layer with a thickness of, for example, 0.2μ and an energy gap corresponding to a fluorescence wavelength of 12μ. Instead of being P-doped, layers 15 and 16 may be N-type 1 doped, for example with a density of 1017.

DFBレーザー・ダイオード1は第1図の段52の左側
に置されている部分である。これに置えて波長選択格子
3とフォトダイオードの形の光検出素子2とその下に置
かれた偏向格子4が設けられている。
DFB laser diode 1 is the part placed to the left of stage 52 in FIG. In addition to this, a wavelength selection grating 3, a photodetector element 2 in the form of a photodiode and a deflection grating 4 placed below it are provided.

フォトダイオードは直接層16の表面に設けられたドー
プされない3成分材料例えばInGaAsから成る層1
7とその上に段けられた3成分材料例えばInGaAa
 の層18から構成される。層18は層16に対して逆
m+ニドープされ第1図の場合Nmである。層17の厚
さは例えば3μ鶏であり、層18は例えば密度1o の
N 型にドープされ厚さは例えば0,2μ鶴である。層
重8のドーピングは同程度の密度のP 型とすることが
できる。
The photodiode consists of a layer 1 of an undoped ternary material, for example InGaAs, which is applied directly to the surface of the layer 16.
7 and a three-component material layered thereon, such as InGaAa.
It is composed of a layer 18 of. Layer 18 is inversely m+ doped with respect to layer 16 and is Nm in the case of FIG. The thickness of the layer 17 is, for example, 3 μm, and the layer 18 is doped, for example, in the N type with a density of 10 and the thickness is, for example, 0.2 μm. The doping of the layer weight 8 can be P type with comparable density.

ストライプ形又は成層形の光導波路中を導かれる光がフ
ォトダイオード2c二達するようにするため、このフォ
トダイオードの下で層12内に偏向格子4が作られ、光
の少くとも一部をフォトダイオード2に向って偏向する
In order to ensure that the light guided in the striped or layered optical waveguide reaches the photodiode 2c, a deflection grating 4 is made in the layer 12 below this photodiode, directing at least part of the light to the photodiode 2c. Deflect towards 2.

レーザー・ダイオードlとフォトダイオード2の間の層
12に本来のデマルチプレクサを構成する波長選択格子
3が形成され、その平行溝は、層12には平行であり第
1図の紙面には垂直である平面内でこの紙面に対して糾
めに車がれている。
A wavelength selective grating 3, which constitutes the actual demultiplexer, is formed in the layer 12 between the laser diode l and the photodiode 2, the parallel grooves of which are parallel to the layer 12 and perpendicular to the plane of the paper of FIG. A car is moving in a certain plane against this page.

この格子3はモジュールの本来のマルチプレクサとデマ
ルチプレクサを構成するものである。
This grid 3 constitutes the actual multiplexer and demultiplexer of the module.

第1図のモジュールにはレーザー・ダイオードの光検出
素子の動作に必要な接触端がレーザー・ダイオード1の
区域では層16の上に、フォトダイオードの区域では層
18の上に設けらル、吏に少くとも一つの接点が基板1
0C設けられる。
In the module of FIG. 1, the contacts necessary for the operation of the photodetector elements of the laser diode are provided on layer 16 in the area of the laser diode 1 and on layer 18 in the area of the photodiode. has at least one contact on board 1
0C is provided.

第1図のモジュールの製造方法の詳細1;立ち入る前に
その機能を簡単に説明する。レーザー・ダイオードlで
発生した波長λ、の電磁放射の一部は洩れ波としてレー
ザー活性層13の下に置かれている光導波路12C入射
して波長選択格子31;達し、集積されている光検出素
子2に達することは阻止される。逆の伝搬方向に進む波
長λ、の電磁放射はガラスファイバから光導波路12に
入れられ、波長選択格子3によって光検出素子2C導か
れる。格子3はこの場合波長λ、の光がレーデ−・ダイ
オードIC達するのを阻止する。
Details 1 of the manufacturing method of the module shown in FIG. 1: Before going into detail, the function will be briefly explained. A part of the electromagnetic radiation of wavelength λ generated by the laser diode l enters the optical waveguide 12C placed below the laser active layer 13 as a leakage wave and reaches the wavelength selection grating 31; it reaches the integrated photodetector. Reaching element 2 is prevented. Electromagnetic radiation of wavelength λ, traveling in the opposite propagation direction, is introduced from the glass fiber into the optical waveguide 12 and guided by the wavelength selection grating 3 to the photodetector element 2C. The grating 3 in this case prevents light of wavelength λ from reaching the radar diode IC.

第1図のモジュールの製造工程の主要部分は次の通りで
ある。まず第一エピタキシィ過程において基板10の表
面62層11乃至14が全面的に設けられた後層13と
14がレーザー・ダイオード予定区域の外で選択的に除
去されて段52が形成される。続いてこの段付表面に各
種の格子51゜3および4が作られる。この場合これら
の格子構造は一つ又はそれ以上の工程段においてレーザ
ー光又は電子ビームで所定区域を照射した後層12と1
4をエッチすることによって作られる。このエツチング
は総ての格子構造に対して共通に実施することができる
。次1::′lFJニエビタキシイ過程において格子構
造が食刻されている段付表面が層15乃至18において
形成される。続いて層17と18が光検出素子2の区域
の外で選択的に除去され。
The main parts of the manufacturing process for the module shown in FIG. 1 are as follows. First, in a first epitaxy process, the layers 11 to 14 of the surface 62 of the substrate 10 are completely deposited, and then the layers 13 and 14 are selectively removed outside the intended area of the laser diode to form a step 52. Various gratings 51° 3 and 4 are subsequently created on this stepped surface. In this case, these grating structures are formed in layers 12 and 1 after irradiation of the predetermined areas with laser light or an electron beam in one or more process steps.
Created by etching 4. This etching can be performed commonly for all grating structures. In the following 1::'lFJ nievitaxy process, a stepped surface in which a grating structure is etched is formed in layers 15 to 18. Subsequently, layers 17 and 18 are selectively removed outside the area of photodetector element 2.

最後にレーザー・ダイオードlと光検出素子2の動作に
必要な金属接点が設けられる。以後の工程は層13と1
4の選択的エツチング後第二エピタキシィ過程の前に層
12が構造化され、第二エピタキシィ過程≦二おいて3
以上の層が作られ補助的に設けられた層が選択的に除去
されることを除いて従来のものとほとんど変りはなく、
これ以外の差異は本質的なものではない。
Finally, the metal contacts necessary for the operation of the laser diode l and the photodetector element 2 are provided. The subsequent steps are layers 13 and 1.
After the selective etching of 4 and before the second epitaxy step, the layer 12 is structured such that the second epitaxy step ≦2 and 3
There is almost no difference from the conventional method except that the above layers are created and the auxiliary layer is selectively removed.
Other differences are not essential.

第2図には第1図のユニットの菱形が示されている。こ
の変形では基板10は半絶縁性であるから光検出素子2
の動作には層18だけではなく層16にも160として
示されている接点が必要である外に層12が層15およ
び16と同じ導電型にドープされていなければならない
。同様にレーザー・ダイオードにも層12又は11(=
接点が設けられる。
FIG. 2 shows the diamond shape of the unit of FIG. In this modification, since the substrate 10 is semi-insulating, the photodetecting element 2
In addition to requiring a contact, shown as 160, in layer 16 as well as layer 18, layer 12 must be doped to the same conductivity type as layers 15 and 16. Similarly, for the laser diode layer 12 or 11 (=
A contact is provided.

第1図と第2図のモジュールでは第二エピタキシィ過程
において両方の補助層17と18が設けられ、層18は
フォトダイオードの接触形成に必要なドーピングのドー
パント源となる。しかしこのドーパントは非ドープ層1
7に入れておいてもよい。第3図に示す変形では基板1
0と層11がN  ff1l:、ドープされて導電性に
なっている。層12.15および16はN型−ニドープ
される。層17はドープされていないが、基板10に対
して反対側CP!II!+ニドーブされた領域170が
局所的の拡散6:よって作られている。この領域17G
は第1図、′W42図の層18C代るものである。19
は被覆層であり同時に拡散マスクとして使用される。層
19は層17を選択的−二除去した後に設けられ、層1
7の残された部分に対する穴を通して拡散物質を入れる
ことができる。またP 型Cニドープされた領域170
C接点を作ることも可能である。
In the module of FIGS. 1 and 2, both auxiliary layers 17 and 18 are provided in a second epitaxy step, layer 18 serving as the dopant source for the doping required for the formation of the photodiode contacts. However, this dopant is in the undoped layer 1
You can also set it to 7. In the modification shown in FIG.
0 and layer 11 are doped with Nff1l:, making them conductive. Layers 12, 15 and 16 are N-type doped. Layer 17 is undoped, but on the opposite side CP! with respect to substrate 10! II! + A doped region 170 is created by local diffusion 6:. This area 17G
is a substitute for the layer 18C in FIG. 1, 'W42. 19
is a covering layer and at the same time is used as a diffusion mask. Layer 19 is provided after selectively removing layer 17 and layer 1
Diffusion material can be introduced through the hole for the remaining portion of 7. Also, the P type C doped region 170
It is also possible to make a C contact.

!!3図のモジュールでは層12.15および16が第
1因、第2図のモジュールのよう(−P型にドープされ
ずN型1;ドープされる。従って領域170はP型ドー
プでなければならない。このようなドーピング形式の場
合レーザー・ダイオードlの区域では層14と15が完
全にP型となるように深部まで例えば拡散(:よってド
ープする必要がある。
! ! In the module of FIG. 3, layers 12, 15 and 16 are the first factor, as in the module of FIG. With such a doping type, in the area of the laser diode I, the layers 14 and 15 must be doped, for example by diffusion, to a deep depth so that they are completely P-type.

第4図には第1(lのモジュールの別の実施態様が第2
図、第3因に対応する形で示されている。
FIG. 4 shows an alternative embodiment of the first (l) module.
Fig. 3 shows a form corresponding to the third factor.

この実施態様では光導波路12と光検出素子2の間に端
面結合が作られる。そのため第一エピタキシィ過程の後
第二エピタキシィ過程開始前に層12の構造化と並んで
第一エピタキシィによって設けられた層11乃至14の
堆積と基板を光検出素子予定区域において特定の深さま
で局所的に除去する補助工程段が必要となる。基板10
の一部を除去する深さtは、層15,16,17および
場合により18を設けた後層12と層17が光検出素子
2の予定区域において等しい高さ1:並ぶように選定す
る。
In this embodiment, an end-face coupling is created between the optical waveguide 12 and the photodetector element 2. For this purpose, after the first epitaxy step and before starting the second epitaxy step, the deposition of the layers 11 to 14 provided by the first epitaxy as well as the structuring of the layer 12 and the localization of the substrate to a certain depth in the area where the photodetector element is to be provided are carried out. An auxiliary process step is required to remove the Substrate 10
The depth t for removing a portion of is selected such that the layers 12 and 17, with the layers 15, 16, 17 and optionally 18, are aligned at the same height 1: in the intended area of the photodetector element 2.

層12内を格子3から光検出素子2に向って伝搬する光
は、補助工程段で作られた層12の端面121から出て
その前で垂直方向(=拡がる層15と16の部分を貫通
し等しい高さに置かれた層17に入射する。このモジュ
ールは偏向格子を必要としない。
The light that propagates in the layer 12 from the grating 3 toward the photodetector element 2 exits from the end face 121 of the layer 12 made in the auxiliary process step, and in front of it, the light propagates in the vertical direction (= penetrating the expanding portions of layers 15 and 16). and are incident on layer 17 placed at equal height.This module does not require a deflection grating.

レーデ−活性層13から光導波路12への結合の改II
には斜めに層かれた反射面を利用することができる。こ
の反射面は第1図その他のユニットに存在する段52を
傾斜面とすること;:よって簡単(=実現される。
Modification of the coupling from the radar active layer 13 to the optical waveguide 12 II
Reflective surfaces layered diagonally can be used. This reflective surface can be easily realized by making the step 52 in the other units in FIG. 1 an inclined surface.

第5図の平面図6=示されているマルチプレクス・デマ
ルチプレクス・モジュールではレーザー・ダイオードl
と光検出素子2が単に四角形で示されている。第1図乃
至第4図の層12で構成される構造化された光導波路は
、レーデ−・ダイオードlから例えば直線的に基板10
の一つの縁端に達しそこで終っているストライプ光導波
路区分120と、それから分岐して光検出素子21:達
するストライプ光導波路区分122を含む。この分岐光
導波路区分122は直接光導波路区分120−二接して
いる。
Top view of Figure 5 6 = In the multiplex-demultiplex module shown, the laser diode l
and the photodetecting element 2 are simply shown as squares. The structured optical waveguide consisting of the layer 12 of FIGS.
, and a striped optical waveguide section 122 that branches off from the striped optical waveguide section 120 to reach the photodetector element 21 . This branched optical waveguide section 122 is directly in contact with the optical waveguide section 120-.

分岐区域123では構造化されたストライプ導波路12
に少くとも光導波路区分120の幅bに等しい拡がりを
持つ波長選択格子3が偏向素子として設けられる。第5
図の紙面1;平行に伸びる例えば溝で構成される格子ス
トライプ31は導波路区分120内の光伝搬方向R,と
分岐光導波路区分122内の光伝搬方向R8の双方に対
して斜めに置かれている。
In the branch area 123 the structured striped waveguide 12
A wavelength selective grating 3 having an extent at least equal to the width b of the optical waveguide section 120 is provided as a deflection element. Fifth
Plane 1 of the figure: grating stripes 31 consisting of, for example, grooves extending in parallel are placed obliquely to both the light propagation direction R in the waveguide section 120 and the light propagation direction R8 in the branching optical waveguide section 122. ing.

偏向格子3の格子ストライプ31の傾斜角とその格子定
数は、レーザー・ダイオードlから放出された波長λ1
の放射が導波路区分120内で分岐導波路区分122の
前を通って基板10の縁端に連しそこから放出されて動
向するがラスファイバ8のテーパー形先端81に入射し
、このガラスファイバ8から導波路区分120に送り込
まれた波長λ、の光は分岐導波路区分122C向って偏
向されて光検出素子2響:導かれるように選定される。
The tilt angle of the grating stripes 31 of the deflection grating 3 and its grating constant are determined by the wavelength λ1 emitted from the laser diode l.
, which travels in the waveguide section 120 past the branching waveguide section 122 to the edge of the substrate 10 and is emitted from there, is incident on the tapered tip 81 of the glass fiber 8, and is incident on the tapered tip 81 of the glass fiber 8. 8 to the waveguide section 120 is deflected toward the branching waveguide section 122C and guided to the photodetecting element 2.

この場合波長λ、の光のかなりの部分が光検出菓子に連
することなく、又波長λ、の光のかなりの部分がレーザ
ー・ダイオード1に達することもない。
In this case, no significant portion of the light of wavelength λ will be transmitted to the photodetection confection, nor will a significant portion of the light of wavelength λ reach the laser diode 1.

第6図に示すマルチプレクス・デマルチプレクス・モジ
ュールは主として波長選択分岐格子3の代りに波長選択
方向性カプラが使用されている点で第5図のものと異っ
ている。レーザー・ダイオードと光検出素子は第5図と
第6図のものが等しく共に1および2として示される。
The multiplex-demultiplex module shown in FIG. 6 differs from that of FIG. 5 primarily in that a wavelength-selective directional coupler is used instead of the wavelength-selective branching grating 3. The laser diodes and photodetection elements are identical in FIGS. 5 and 6 and are both shown as 1 and 2.

テーパー形先端を持つガラスファイバ8についても同様
である。
The same applies to the glass fiber 8 having a tapered tip.

第6図の端面1210で終るストライプ光導波路120
0は第5図の端面121で終るストライプ光導波路区分
120 C対応し、第6図の光導波路区分1220は第
5図の光導波路区分122に対応する。
Striped optical waveguide 120 terminating at end face 1210 in FIG.
0 corresponds to the striped optical waveguide section 120C ending at the end face 121 in FIG. 5, and the optical waveguide section 1220 in FIG. 6 corresponds to the optical waveguide section 122 in FIG.

ストライプ形分岐光導波路区分1220は分岐区fi1
230において同時に偏向要素にもなっている波長選択
方向性カプラな通してストライプ光導波路区分1200
に光結合される。そのため両方のストライプ導波路区分
1200と1220は分岐区域1230においである長
さだけ狭い間隔を保って並行し、波長λ、の光は結合可
能であるがレーザー・ダイオード1からの波長λ、の光
は結合不可能であるようになっている。
The striped branch optical waveguide section 1220 is the branch section fi1.
A striped optical waveguide section 1200 through which a wavelength-selective directional coupler simultaneously serves as a deflection element at 230
is optically coupled to. Both striped waveguide sections 1200 and 1220 are therefore parallel and closely spaced by a certain length in the branching section 1230, allowing light of wavelength λ, to be coupled, but not light of wavelength λ, from laser diode 1. are designed to be uncombinable.

ストライプ光導波路区分1200と1220は方向性カ
プラ30と共に構造化されたストライプ光導波路を構成
しているが、これは第1図乃至第4図の鳩12によって
実現されるものである。
Striped optical waveguide sections 1200 and 1220 together with directional coupler 30 constitute a structured striped optical waveguide, which is realized by dove 12 in FIGS. 1-4.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明i二よるマルチグレクス・デマルチプ
レクス・モジュールの光伝搬方向に平行な断面を示し、
第2図、第3図、第4図はそれぞれこの発明の%る実施
態様を示し、第5因と第6図はこの発明によるマルチプ
レクス・デマルチプレクス・モジュールの平面囚である
。 第1図において l・・・DFBレーザー・ダイオード、  2・・・光
検出素子、 3・・・波長選択格子、  4・・・偏向
格子、  10・・・基板。 IG 2 IG 3 FIG 4 FIG 5 FIG 6
FIG. 1 shows a cross section parallel to the light propagation direction of a multiplex/demultiplex module according to the present invention,
FIGS. 2, 3 and 4 each show a preferred embodiment of the invention, while FIGS. 5 and 6 are plane views of a multiplex-demultiplex module according to the invention. In FIG. 1, 1...DFB laser diode, 2...Photodetection element, 3...Wavelength selection grating, 4...Polarization grating, 10...Substrate. IG 2 IG 3 FIG 4 FIG 5 FIG 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)レーザー・ダイオード(1)と光検出素子(2)が
ストライプ形又は成層形光導波路((12)と共に一つ
の共通基板(10)上に集積されていること、受動光デ
バイスがストライプ形又は成層形光導波路(12)自体
又はその特定の構造化形態(3、30、4)又はその双
方によつて実現するものであることを特徴とする少くと
も一つのレーザー・ダイオードと、光検出素子および受
動光デバイスで構成された二方向光通信装置。 2)レーザー・ダイオード(1)から受動光デバイスを
構成する波長選択デバイス(3)に達しそれから光検出
素子(2)に達するストライプ形又は成層形光導波路(
12)を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の装置。 3)レーザー・ダイオード(1)が光導波路(12)に
結合されたDFBレーザー・ダイオードであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の装置。 4)レーザー・ダイオード(1)と光導波路(12)と
光検出素子(2)とが基板(10)の同じ側に設けられ
ていること、光検出素子(2)が偏向要素(4)又は端
面結合によつて光導波路(12)に結合されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の一つに
記載の装置。 5)レーザー・ダイオードと光導波路が基板の一方の側
に、光検出素子がその反対側に設けられていること、光
検出素子が偏向素子を通して光導波路に結合され光導波
路中を導かれる光が光導波路から基板を通して光検出素
子に向うように偏向されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第3項の一つに記載の装置。 6)偏向素子が光導波路(12)の上又は内部に形成さ
れた偏向格子(4)および/又は光導波路中の光の伝搬
方向に対して斜めに置かれた反射面から構成されること
を特徴とする特許請求の範囲第4項又は第5項記載の装
置。 7)レーザー・ダイオード(1)が表面結合を通して光
導波路(12)に結合されていること、レーザー・ダイ
オードの少くとも一方の端面にレーザー光伝搬方向に対
して斜めに置かれた反射面が設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項乃至第6項の一つに記載の
装置。 8)光検出素子がフォトダイオード又はフォトトランジ
スタであることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
第7項の一つに記載の装置。 9)構造化されたストライプ光導波路(12)がレーザ
ー・ダイオード(1)から基板(10)の一つの縁端ま
で伸びそこで終つているストライプ導波路区分(120
、1200)とそれから分岐して光検出素子(2)に達
するストライプ導波路区分(122、1220)を備え
ること、偏向素子(3、30)が導波路区分(122、
1230)の分岐区域(123、1230)に設けられ
、この要素はレーザー・ダイオード(1)から放射され
た特定波長(λ_1)の光は光導波路(12)が終つて
いる基板(10)の縁端部分に導かれ、この基板縁端部
分から光導波路区分(120、1200)に入射した特
定波長(λ_2)の光は分岐導波路区分(122、12
20)に偏向されて光検出素子(2)に導かれ、その際
波長λ_1の光の大きな部分が光検出素子(2)に導か
れることなく又波長λ_2の光の大きな部分がレーザー
・ダイオード(1)に到達することもないように構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第4項、第6
項、第7項又は第8項の一つに記載の装置。 10)分岐ストライプ導波路区分(122)が直接スト
ライプ導波路区分(120)に接していること、偏向素
子(3)が導波路分岐区域(123)において構造化さ
れたストライプ導波路(12)上に設けられ少くとも導
波路区分(120)の幅を占める波長選択性偏向格子で
構成され、その格子ストライプが導波路区分(120)
中の光伝搬方向(R_1)と分岐導波路区分(122)
中の光伝搬方向(R_2)の双方に対して傾斜し又第二
の特定波長λ_2の光だけが偏向されるように格子定数
が選定されていることを特徴とする特許請求の範囲第9
項記載の装置。 11)一つの分岐ストライプ導波路区分(1220)が
分岐区域(1230)において偏向素子を構成する波長
選択方向性結合器(30)を通して別のストライプ導波
路区分(1200)に結合されていることを特徴とする
特許請求の範囲第9項記載の装置。 12)第一エピタキシィ過程においてレーザー活性層(
13)とその下の光導波路形成層(13)を含む重積層
を基板(10)の表面に作ること、この重積層をレーザ
ー・ダイオードに予定されている区域を除いてその下の
層(12)に達するまで除去すること、これによつて露
出した表面に第二エピタキシィ過程において少くとも三
つの層(15、16、17)を全面的に成長させ、その
際下の層(12)に境を接する層(15)は層(12)
よりも小さい屈折率を示すようにし、最上層(17)に
はその下に続く層(16)に対して逆型にドープされた
領域を含ませるかそれを上に乗せることを特徴とする少
くとも一つのレーザー・ダイオード、光検出素子および
受動光デバイスで構成された二方向光通信装置の製造方
法。 13)三層構造の最上層(17)に続く第二層(16)
に対して逆型にドープされる領域のドーピングに対して
最上層(17)にドーパントを拡散させ、その拡散区域
が最上層の厚さの一部分だけを占めるようにすることを
特徴とする特許請求の範囲第12項記載の製法。 14)三層構造の最上層(17)の下に続く層(16)
のドーピングに対して逆型にドープされた区域が対応し
てドープされた層(18)を第二エピタキシィ過程に際
して層(17)の上に付加することにより形成されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第12項記載の製法。 15)第二エピタキシィ過程の開始前に第一エピタキシ
ィ過程で作られた重積層を下部層(12)に達するまで
選択的に除去した後この層(12)を受動的光デバイス
形成のため構造化することを特徴とする特許請求の範囲
第12項記載の製法。 16)第二エピタキシィ過程において設けられた重積層
の最上層(17)が場合によつてはその上に設けられた
一つ又はそれ以上の層と共に光検出素子(2)に予定さ
れている区域の外側で選択的に除去されることを特徴と
する特許請求の範囲第12項乃至第15項の一つに記載
の製法。
[Claims] 1) The laser diode (1) and the photodetector element (2) are integrated on one common substrate (10) together with the striped or layered optical waveguide ((12), passive At least one laser device characterized in that the optical device is realized by a striped or layered optical waveguide (12) itself or by a particular structured form thereof (3, 30, 4) or both. A two-way optical communication device consisting of a diode, a photodetector element and a passive optical device. 2) From the laser diode (1) to the wavelength selection device (3) which constitutes the passive optical device and then to the photodetector element (2). Striped or layered optical waveguides (
12). The device according to claim 1, characterized in that it comprises: 3) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the laser diode (1) is a DFB laser diode coupled to an optical waveguide (12). 4) The laser diode (1), the optical waveguide (12) and the photodetector element (2) are provided on the same side of the substrate (10), and the photodetector element (2) is provided on the same side of the substrate (10); 4. Device according to claim 1, characterized in that it is coupled to the optical waveguide (12) by end-coupling. 5) The laser diode and the optical waveguide are provided on one side of the substrate, and the photodetector element is provided on the opposite side, and the photodetector element is coupled to the optical waveguide through a deflection element so that the light guided through the optical waveguide is 4. Device according to claim 1, characterized in that it is deflected from the optical waveguide through the substrate towards the photodetector element. 6) The deflection element is composed of a deflection grating (4) formed on or inside the optical waveguide (12) and/or a reflective surface placed obliquely to the propagation direction of light in the optical waveguide. A device according to claim 4 or claim 5 characterized by: 7) The laser diode (1) is coupled to the optical waveguide (12) through surface coupling, and at least one end face of the laser diode is provided with a reflective surface placed obliquely to the direction of laser light propagation. Device according to one of the claims 1 to 6, characterized in that: 8) The device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the photodetecting element is a photodiode or a phototransistor. 9) a striped waveguide section (120) in which a structured striped optical waveguide (12) extends from the laser diode (1) to one edge of the substrate (10) and terminates there;
.
1230) is provided in the branching section (123, 1230), this element allows the light of a specific wavelength (λ_1) emitted from the laser diode (1) to be directed to the edge of the substrate (10) where the optical waveguide (12) terminates. Light of a specific wavelength (λ_2) guided to the end portion and incident on the optical waveguide section (120, 1200) from the edge portion of the substrate is directed to the branch waveguide section (122, 12).
20) and guided to the photodetection element (2), at which time a large part of the light with wavelength λ_1 is not guided to the photodetection element (2), and a large part of the light with wavelength λ_2 is deflected by the laser diode (2). Claims 4 and 6 are characterized in that they are configured so as not to reach 1).
Apparatus according to one of paragraphs 7 or 8. 10) The branching striped waveguide section (122) is directly in contact with the striped waveguide section (120), the deflection element (3) being on the structured striped waveguide (12) in the waveguide branching section (123). a wavelength-selective polarization grating provided in the waveguide section (120) and occupying at least the width of the waveguide section (120), the grating stripes occupying the width of at least the waveguide section (120);
Inside optical propagation direction (R_1) and branch waveguide section (122)
Claim 9, characterized in that the lattice constant is selected such that it is inclined with respect to both the light propagation direction (R_2) in the second specific wavelength λ_2 and that only the light of the second specific wavelength λ_2 is deflected.
Apparatus described in section. 11) that one branch stripe waveguide section (1220) is coupled to another stripe waveguide section (1200) through a wavelength selective directional coupler (30) which constitutes a deflection element in the branch section (1230); 10. The apparatus of claim 9. 12) In the first epitaxy process, the laser active layer (
13) and an optical waveguide-forming layer (13) therebelow, on the surface of the substrate (10), and this superimposition layer is formed on the surface of the substrate (10), except for the area intended for the laser diode. ), whereby the exposed surface is grown in a second epitaxy step with at least three layers (15, 16, 17), with no boundaries between the underlying layers (12). The layer (15) in contact with the layer (12)
a refractive index smaller than A method for manufacturing a two-way optical communication device comprising a laser diode, a photodetection element, and a passive optical device. 13) Second layer (16) following the top layer (17) of the three-layer structure
A patent claim characterized in that the dopant is diffused into the top layer (17) with respect to the doping of the region which is doped inversely to the top layer, such that the diffusion area occupies only a part of the thickness of the top layer. The manufacturing method according to item 12. 14) Layer (16) following the top layer (17) of the three-layer structure
Claim characterized in that the oppositely doped region with respect to the doping of is formed by adding a correspondingly doped layer (18) onto the layer (17) during a second epitaxy step. The manufacturing method according to item 12. 15) selectively removing the stack of layers produced in the first epitaxy step up to the bottom layer (12) before starting the second epitaxy step and then structuring this layer (12) for forming a passive optical device; The manufacturing method according to claim 12, characterized in that: 16) the area where the top layer (17) of the superimposed layer provided in the second epitaxy step, optionally together with one or more layers provided above, is intended for the photodetector element (2); 16. Process according to claim 12, characterized in that the material is selectively removed outside of the.
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